黏度

黏度

物理學領域術語
黏度也可以稱為粘度,是指流體對流動所表現的阻力。當流體 (氣體或液體) 流動時, 一部分在另一部分上面流動時, 就受到阻力, 這是流體的内摩擦力。要使流體流動就需在流體流動方向上加一切線力以對抗阻力作用。黏度系數(簡稱黏度)η的物理意義是: 在相距單位距離的兩液層中, 使單位面積液層維持單位速度差所需的切線力。其單位在厘米·克·秒(c·g·s)制中為泊(g·cm-1·s-1),在SI制中為帕斯卡·秒(Pa·s或kg·m-1·s-1),1泊=0.1帕·秒。
  • 中文名:黏度
  • 外文名:viscosity
  • 所屬學科:
  • 測定方法:動力黏度、運動黏度和條件黏度
  • 相關概念:流體力學,N-S方程

基本概念

黏度又稱黏滞系數,是量度流體黏滞性大小的物理量。流體中相距dx的兩平行液層,由于内摩擦,使垂直于流動方向的液層間存在速度梯度dv/dx,當速度梯度為1個單位,相鄰流層接觸面S上所産生的黏滞力F(亦稱内摩擦力)即黏度,以η表示:η= ,單位:Pa·s。其大小與物質的組成有關,質點間相互作用力愈大,黏度愈大。組成不變時,固體和液體的黏度随溫度的上升而降低(氣體與此相反),其關系可粗略地用式:η=η0Exp(E/KT)表示,式中η0為常數,E為激活能,K為波爾茲曼常數,T為絕對溫度。

對玻璃來說,同一黏度值其化學組成不同對應的溫度值也不同,但它所處的狀态及物理性能基本相同,為此通常以黏度數據來表征玻璃的某些特征點,如應變點、轉變溫度、軟化點、流動溫度等,對應的黏度值分别為10,10,4.5×10,10Pa·s,是玻璃工藝中的重要參數。 

主要參數

在單位液層面積上施加的這種力,稱為切應力τ(N/m²),相應的切變速率(D) D=dv /dx。切應力與切變速率是表征體系流變性質的兩個基本參數

牛頓以圖1的模式來定義流體的黏度。兩不同平面但平行的流體,擁有相同的面積”A”,相隔距離”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流動,牛頓假設保持此不同流速的力量正比于流體的相對速度或速度梯度,即:

τ= ηdv/dx =ηD(牛頓公式) 其中η與材料性質有關,我們稱為“黏度”。

黏滞力:是流體受到剪應力變形或拉伸應力時所産生的阻力。在日常生活方面,黏滞像是“黏稠度”或“流體内的摩擦力”。因此,水是“稀薄”的,具有較低的黏滞力,而蜂蜜是“濃稠”的,具有較高的黏滞力。簡單地說,黏滞力越低(黏滞系數低)的流體,流動性越佳。黏滞力是黏性液體内部的一種流動阻力,并可能被認為是流體自身的摩擦。黏滞力主要來自分子間相互的吸引力。例如,高黏度酸性熔岩産生的火山通常為高而陡峭的錐狀火山,因為其熔岩濃稠,在其冷卻之前無法流至遠距離因而不斷向上累加;而黏滞力低的鎂鐵質熔岩将建立一個大規模、淺傾的斜盾狀火山。所有真正的流體(除超流體)有一定的抗壓力,因此有黏性。

牛頓流體:符合牛頓公式的流體。 黏度隻與溫度有關,與切變速率無關, τ與D為正比關系。

非牛頓流體:不符合牛頓公式 τ/D=f(D),以ηa表示一定(τ/D)下的黏度,稱表觀黏度。

理想流體:沒有阻力對抗剪應力的流體被稱為理想流體或無黏流體。

測定方法

通常情況下黏度測定有:動力黏度、運動黏度和條件黏度三種測定方法。

動力黏度

ηt是二液體層相距1厘米,其面積各為1(平方厘米)相對移動速度為1厘米/秒時所産生的阻力,單位為克/厘米·秒。1克/厘米·秒=1泊一般:工業上動力黏度單位用泊來表示。

運動黏度

在溫度t℃時,運動黏度用符号γ表示,在國際單位制中,運動黏度單位為斯,即每秒平方米(m²/s),實際測定中常用厘斯,(cst)表示厘斯的單位為每秒平方毫米(即 1cst=1mm²/s)。運動黏度廣泛用于測定噴氣燃料油、柴油、潤滑油等液體石油産品深色石油産品、使用後的潤滑油、原油等的黏度,運動黏度的測定采用逆流法

條件黏度

指采用不同的特定黏度計所測得的以條件單位表示的黏度,各國通常用的條件黏度有以下三種:

①恩氏黏度又叫思格勒(Engler)黏度。是一定量的試樣,在規定溫度(如:50℃、80℃、100℃)下,從恩氏黏度計流出200毫升試樣所需的時間與蒸餾水在20℃流出相同體積所需要的時間(秒)之比。溫度tº時,恩氏黏度用符号Et表示,恩氏黏度的單位為條件度。

②賽氏黏度,即賽波特(sagbolt)黏度。是一定量的試樣,在規定溫度(如100ºF、F210ºF或122ºF等)下從賽氏黏度計流出200毫升所需的秒數,以“秒”單位。賽氏黏度又分為賽氏通用黏度和賽氏重油黏度(或賽氏弗羅(Furol)黏度)兩種。

③雷氏黏度即雷德烏德(Redwood)黏度。是一定量的試樣,在規定溫度下,從雷氏度計流出50毫升所需的秒數,以“秒”為單位。雷氏黏度又分為雷氏1号(Rt表示)和雷氏2号(用RAt表示)兩種。

上述三種條件黏度測定法,在歐美各國常用,我國除采用恩氏黏度計測定深色潤滑油及殘渣油外,其餘兩種黏度計很少使用。三種條件黏度表示方法和單位各不相同,但它們之間的關系可通過圖表進行換算。同時恩氏黏度與運動黏度也可換算。

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